qualnet4.n第章教程高级应用无线网络

1、SNT 三信时代公司编译1第四章 教程BQualNet高级应用: 无线网络SNT 三信时代公司编译2MAC层坐标系统无线网络地形路径损耗模型遮蔽和衰落物理层噪声干扰和天线模型教程: QualNet高级应用无线网络 简介SNT 三信时代公司编译3组播路由协议ODMRP用于无线自组织网络(ad hoc)遵循draft-ietf-manet-odmrp-02.txt 和 draft-ietf-manet-odmrp-04.txt, 以及draft-yi-manet-pc-00.txt教程: QualNet高级应用无线网络 路由协议SNT 三信时代公司编译4MAC层协议802.11 / 802.11e

2、802.16 / 802.16eLegacy 802.11ALEGSMSatelliteCSMAMACATDMALink-11Link-16*ALOHAGeneric* 出口管制教程: QualNet高级应用无线网络 MAC层协议SNT 三信时代公司编译5教程: QualNet高级应用802.11e802.11 / 802.11eDCF 或 PCF(无线)访问接入点的功能特性(AP functionalities)。Infrastructure 或 Ad Hoc模式省电模式。EDCA .11e & HCCA .11ePHY layer a or bSNT 三信时代公司编译6教程: QualNe

3、t高级应用 802.16 & .16eWiMAX 带宽高达70Mbps。 Radio覆盖范围达50km/31 miles。 802.16的主要优势有:高带宽覆盖范围广。有QoS保障。安全。性价比高，且“第一英里接入”(first mile access)部署方便快捷。是取代WiFi和3G/4G的理想方案。SNT 三信时代公司编译7教程: QualNet高级应用 802.16 & .16eWiMAX基本组件基站(Base Station BS)用户已注册的服务用户站用户站(Subscriber Station SS).商用的民用的热点地区基本的运行模式点到多点(PMP)单跳(1 Hop)SNT

4、三信时代公司编译8教程: QualNet高级应用802.16特性 物理层模型OFDMA 物理层模型。支持多通道带宽。支持Multiple FFT size（多个FFT大小）支持Multiple cyclic prefix time（多循环前缀时间）。支持Multiple data rates （多个数据速率）。基于门限的接收质量评估。SNT 三信时代公司编译9教程: QualNet高级应用802.16特性 MAC层模型点到多点模型 (P M P)。时分双工模型 (T D D)。网络接入和初始化。动态流量管理，包括信息流的添加，删除和修改。带宽管理。基站的调度服务。MAC框架结构不同信号强度下不

5、同的burst profiles和data rates。支持广播和多播。聚合子层(Convergence Sublayer CS)。在网络层可与其他类型的网络接口，例如ATM, 802.3, 802.11。支持802.16 OFDMA PHY。SNT 三信时代公司编译10教程: QualNet高级应用802.16Omitted Features MAC ModelMesh模型。频分双工模型 (F D D)。PDU的packing(封装)/unpacking(解封), fragmentation(分组)/reassembly(重组) 和 CRC机制。范围搜索时传送功率的调节。基于CDMA的范围搜

6、索和OFDMA PHY的带宽要求。PKM 安全特性。聚合子网(Convergence sublayer)不支持ATM网络。没有报文头压缩。不支持SC, SCa PHYs只有CBR应用的QoS参数是可修改的。其他应用将采用只基于其服务类型的默认的QoS参数。没有explicit admission control(接纳控制算法)。SNT 三信时代公司编译11教程: QualNet高级应用802.16e 移动性802.16e MAC 接入网技术支持移动性。SNT 三信时代公司编译12教程: QualNet高级应用802.16e 移动性支持固定的和移动的节点。用户都是移动节点。移动节点在基站间游走。

7、基站信息通告。相邻基站扫描。移交。主干网通信。SNT 三信时代公司编译13教程: QualNet高级应用802.16e站点类型用户站Neighbor RSS triggerHandover RSS triggerHandover RSS margin基站MAC frame durationTDD downlink durationTTGRTGSSTGSNT 三信时代公司编译14笛卡尔坐标系对于小地形可以忽略地球表面的弧度。计算量小。教程: QualNet高级应用无线网络 地形SNT 三信时代公司编译15球形 (纬度-经度-海拔) 坐标系对于大型地形，不可忽略地球表面弧度。假设地球是球形的(R

8、= 6375km)相对于笛卡尔坐标系需要在距离和角度上消耗大量的计算资源。教程: QualNet高级应用无线网络 地形SNT 三信时代公司编译16USGS(美国地质调查局) DEM (DTED) 接口Mesh内只有高度模型。网格大小: 3 弧度秒 arc-seconds。DEM地形数据可以通过USGS网页获得。Mobility相关参数MOBILITY-GROUND-NODEYES, NOTERRAIN-TYPECTDB, DEM, DTEDDEM-FILENAMEDTED-FILENAMECTDB-FILENAME教程: QualNet高级应用无线网络 地形SNT 三信时代公司编译17CTDB

9、 7 & 8 (压缩地形数据库)描述高度数据的柱状网格或者TIN (不规则三角网) 多变性。用户数据库描述地形特征, 一系列的网格数据列表, 或者对于TIN仅仅表述地形元素:建筑 (非透明结构)树木 (单个树, 成列的树,和树林)线性特征 (路和河流)通过了 Ft. Knox 和 Bosnia (FCC2) 地形数据的检验。教程: QualNet高级应用无线网络 地形SNT 三信时代公司编译18城区地形特性XML格式街道，十字路口，建筑，公园，车站3D外观结构单个场景内可以创建多个文件。十字路口可以连上同步的交通信号。教程: QualNet高级应用无线网络 地形SNT 三信时代公司编译19城区

10、地形内行人的移动性在行人移动性模型里，代表行人的节点可以沿街移动，或者在指定的区域内移动(例如，公园，车站)。用来定义街道，公园，车站的数据必须是我们可接受的XML格式的文件。交通灯的变化同样也可以用文件来描述，或者可以通过模拟器生成。教程: QualNet高级应用无线网络 行人SNT 三信时代公司编译20城区地形内行人的移动性教程: QualNet高级应用无线网络 行人 对行人移动性的参数设置，目前还无法通过GUI来实现。带有行人移动设计的场景可以在“Animator”中运行。SNT 三信时代公司编译21行人移动性的参数“Node placement”和“mobility”两项，都必须设置成

11、 “pedestrian”。NODE-PLACEMENT PEDESTRIANMOBILITY PEDESTRIAN-MOBILITY你也许会需要将某个子集定义为行人群。1 thru 100 NODE-PLACEMENT PEDESTRIAN1 thru 100 MOBILITY PEDESTRIAN-MOBILITY行人群的移动速度介于默认速度和最小速度之间，视街道上或公园里的拥挤程度而定。速度的计量单位为米/秒。PEDESTRIAN-MOBILITY-DEFAULT-SPEED 1.3PEDESTRIAN-MOBILITY-MINIMUM-SPEED 0.1教程: QualNet高级应用无

12、线网络 行人SNT 三信时代公司编译22用户行为模式在用户行为模式下，网络中的应用是动态产生的。应用的产生依赖于用户的状态，状态决定了用户的流动模式具备怎样的特征。在用户描述文件中，详细指定用户的各项特性参数。 (如. cellular-user.pf)教程: QualNet高级应用无线网络 用户行为USER-PROFILE youngAGE UNI10,30SEX UNI0,1USER-STATUS before-fireworksTRAFFIC-PATTERN activeUSER-STATUS during-fireworksTRAFFIC-PATTERN inactiveUSER-ST

13、ATUS after-fireworksTRAFFIC-PATTERN activeUSER-STATUS defaultTRAFFIC-PATTERN medium. . .SNT 三信时代公司编译23路径损耗模型:计算传播延时、路径耗损和AOA（到达角）.地形遮挡增益 (或者损耗).作为可修改的参数不考虑天线的增益提交给物理层的计算结果传播延迟路径耗损AOA (到达角)教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译24 QualNet支持的路径损耗模型包括：Two RayFree SpaceASAPSIrregular Terrain ModelTIREMPa

14、thloss MatrixURBAN-MODEL-AUTOSELECTCOST231-WALFISH-IKEGAMIOKUMRUA-HATACOST231-HATA教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译25无地形环境的耗损模型:(Friis) Free Space 自由空间模型定义指定的路径耗损指数是2.0.能够结合遮挡和衰减.Two-Ray 双径模型考虑一条射线从地面反射回来.使用Free Space路径耗损模型类似于视线.对于远端视线指数变为4.0.路径耗损对于远视距离它的路径耗损成为对频率的依赖性 (距离和天线高度的功能).hTXhRXdd教程: Q

15、ualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译26有地形环境的耗损模型 (续)ITS (Institute for munication Sciences) ITM (不规则地形模型)A.k.a. Longley-Rice包括点对点模型和面积模型。点对点的工作与TIREM相似。不像TIREM，不限制其发布。TIREM考虑了地形侵入到菲涅尔区域来确定散射程度教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译27有地形环境的耗损模型 (续)ASAPS用于高频无线电QualNet为该模型提供专用的接口。路径损耗矩阵基于文件的教程: QualNet高级应用

16、无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译28有地形环境的耗损模型 (续)自动选择城区模型选择QualNet智能创建功能(intelligence built), 系统会根据节点位置和城区地形特征，自动选择何时的模型。QualNet可以为每一对“源-目标” 选择不同的模型; 甚至可以在节点移动的时候改变模型。教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译29有地形环境的耗损模型 (续)自动选择城区模型Free-Space Air-to-air (自由空间空-空传播模型) :两个节点都分布在城区地平线之上。COST Walfish-Ikegami模型: 一个节点

17、在城市街区内，另一个节点在类似建筑物的高度上。 Street Microcell (街区微蜂窝系统模型): 两个节点在相邻的街区内。通过LoS 或 NLoS (视距或非视距)来传播通信，出现有建筑物拐角衍射情况时，则会采用NLoS传播。Street mobile-to-mobile propagation(街区移动-移动传播模型): 两个节点都分布在街区内。该模型计算信源和信宿之间穿过多个建筑障碍物的路径损失。教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译30有地形环境的耗损模型 (续)COST231 WALFISH IKEGAMILOS: 经验公式Non-LOS

18、: 计算自由空间内和屋顶到街区之间的因衍射或散射而产生的损伤，以及因衍射而产生的多重障碍损伤的总合。采用建筑物的平均高度。在基站天线设置在建筑物屋顶的时候，效果最好。教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译31有地形环境的耗损模型 (续)OKUMRUA-HATA通过经验数据来选择适合的曲面。基于从日本东京收集上来的数据。路径损伤的表达式为：A + B log10(d) + C，系数由地形决定。环境: 空旷的郊区，类似空旷的郊区，偏远地区，城市(默认),或者大都市。教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译32有地形环境的耗损

19、模型 (续)COST231-HATA区别出人造建筑物。针对小/中/大型都市，以及城市/郊区/空旷地区，提供不同的方程式。参数有: 频率，Tx 和 Rx 天线高度和距离。无明确的天线特性也许不如COST-WI精确。教程: QualNet高级应用无线网络 路径损伤模型SNT 三信时代公司编译33遮蔽模型标准偏差 dB呈正态分布。单独从前一次的值中更新遮蔽值。衰减模型Rayleigh分布 (高速移动, 没有可视信号线)。Ricean分布，用Rice因数 (K)。Rayleigh case when K = 0 : no line of sight componentAWGN case when K

20、= : strong line of sight component教程: QualNet高级应用无线网络 遮蔽和衰减SNT 三信时代公司编译34PHY的组成MAC 子层载波监听信噪比计算Tx误码率 (解调)Rx数据速率功率信道调制信道编码BPSK/QPSK CCK5.5 CCK11 DPSK DQPSK GMSK误码率 (信道解码)空中接口(天线)教程: QualNet高级应用无线网络 物理层SNT 三信时代公司编译35在QualNet里面标准的物理层能够做到以下及点:参与到一个和多个信道中，传输/接受信号 (可能并发)。对每一个被传输的信号设置传输功率和辐射方向。扫描所有与天线相关的辐射方

21、向， 并且检查哪一个参数域对能使当前信号增益达到最大。根据上面的特征用户能够创建自己的无线电台。教程: QualNet高级应用无线网络 物理层SNT 三信时代公司编译36传送参数传输功率。数据速率。信道。调制。接收参数热噪音。解调和解码的误码率表。接收敏感度 (如果无线电台在信道上检测到的功率在敏感度之上，它将信号送到MAC层审核)。接收极限 (如果他们的功率低于接收极限，无线电台将不接受该信号)。天线波束 (辐射方向参数)。教程: QualNet高级应用无线网络 物理层SNT 三信时代公司编译37参数关系决定无线电覆盖范围(在无干扰的情况下)通过Rx阈(threshold)或者需要的信噪比决

22、定能够覆盖的范围。TxTx powerTxTx powerRx thresholdRx sensitivity(Rx noise)Min SNRSignal powerDistance Tx power Rx threshold Rx sensitivity Rx noise教程: QualNet高级应用无线网络 物理层SNT 三信时代公司编译38噪声干扰的参数无线电温度 T (默认290 K)无线电噪声因数 F (默认为10)。SINR计算(信号噪声干扰比)。wherek : Boltzmann的常数(1.379 10-23 W Hz-1 K-1)B :系统有效噪声带宽 (数据速率) Hz假

23、设所有干扰信号的分布模式符合高斯噪声分布。教程: QualNet高级应用无线网络 噪声干扰SNT 三信时代公司编译39在AWGN高斯噪声信道中，指定信噪比(SNR)的误码率(BER) :可以通过一个预先结算好的查询表获得。误码率(BER)表包含在QualNet程序里面:QPSK with and without turbo codingDBPSK with and without turbo codingDPSK, DQPSK, CCK with no coding (for 802.11b)OFDM (for 802.11a) and GMSKFSK, QAM and Others PER

24、(包错误率) 是通过以下公式计算得到的：这里 n=在噪声功率中改变的次数； BERi =在I 期间的瞬间误码; Li =在 I 期间收到的比特数教程: QualNet高级应用无线网络 误码率(BER)/包错误率(PER)SNT 三信时代公司编译40 每当有一个信号到达一个节点时(即使信号强度弱到无法被接收或探测), BER就会发生改变。误码率表被查询非常频繁。信号到达N次= 干扰噪声功率改变了2N次。例如: 4个信号会导致干扰噪声功率改变8次。TInterference power教程: QualNet高级应用无线网络 误码率(BER)/包错误率(PER)SNT 三信时代公司编译41 天线模型

25、可以确定每次信号发送和接收结束时的天线增益天线增益可通过以下公式计算出来:Ga(DOAa) + Ge(DOAe) dBi其中 DOAa 和 DOAe 分别代表到达信号的方位角和高度, 而Ga 和 Ge 是这些角度所对应的增益。每一个天线都有两维数组来记录角度和高度方面的增益(高度方面是可选项)。天线模型通过与给定的角度最接近的角度来返回增益值。教程: QualNet高级应用无线网络 天线模型SNT 三信时代公司编译42信号辐射模式始终向所有的方向返回固定的增益。Pattern 0教程: QualNet高级应用无线网络 天线模型: Omni-directional 全向天线 (Omni-directional antenna)SNT 三信时代公司编译43多重辐射模式。可以为每个信号指定模式。扫描所有模式，并返回到具有最高增益的模式(给定信号，或给定方向AOA)。(针对不同的方向，提供了8种模式)Pattern 0Pattern 1Pattern 2Patt